L’acqua nell’universo potrebbe essersi formata più vicino al Big Bang di quanto si pensasse in precedenza

Un’impressione artistica delle nubi di gas residuo dalle esplosioni delle prime stelle dell’universo. Nuove simulazioni suggeriscono che queste stelle abbiano contribuito a formare l’acqua vitale appena 100-200 milioni di anni dopo il Big Bang. Quando è emersa per la prima volta la vita come la conosciamo nell’universo? Non lo sappiamo con certezza, ma la risposta è inestricabilmente legata al momento in cui l’acqua si è materializzata per la prima volta nel cosmo — e nuove simulazioni suggeriscono che la primissima generazione di stelle abbia contribuito a formare tale acqua vitale appena 100-200 milioni di anni dopo il Big Bang. Questo anticipa le stime precedenti di oltre 500 milioni di anni. “Siamo rimasti sorpresi che l’acqua potesse effettivamente formarsi così presto — anche prima della nascita delle prime galassie,” ha detto Muhammad Latif dell’Università degli Emirati Arabi Uniti a Space.com. I risultati suggeriscono che se una parte di questo serbatoio iniziale di acqua è sopravvissuta al caos pieno di calore della formazione delle prime galassie, potrebbe essere stata assorbita nei pianeti neonati, portando potenzialmente a mondi abitabili e ricchi di acqua appena un paio di centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. “È tutto collegato alla storia di come la vita possa iniziare presto nell’universo,” ha detto Latif. Osservazioni precedenti dall’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Cile suggerivano che l’acqua esistesse circa 780 milioni di anni dopo il Big Bang, quando il giovane universo era pieno di idrogeno e elio leggeri insieme a piccole quantità di litio. Questi elementi formarono la prima generazione di stelle, conosciute dagli astronomi come stelle di Popolazione III, che erano enormi — fino a decine o addirittura centinaia di volte la massa del nostro sole — e vivevano vite notevolmente brevi prima di morire come supernove. Molti degli elementi più pesanti dell’universo, inclusi l’ossigeno, furono forgiati all’interno di queste stelle attraverso reazioni nucleari e dispersi nello spazio alla loro morte, dove furono successivamente incorporati nella generazione successiva di stelle. Per determinare quando l’acqua si è formata per la prima volta nell’universo, Latif e i suoi colleghi hanno utilizzato modelli numerici per tracciare i cicli di vita di due stelle di prima generazione: una era 13 volte più pesante del nostro sole, e l’altra era 200 volte più pesante della nostra stella. La stella virtuale più piccola visse per 12,2 milioni di anni prima di morire in una supernova esplosiva, scaricando circa 0,051 masse solari di ossigeno (quasi 17.000 masse terrestri) nello spazio circostante. La stella simulata più grande bruciò il suo combustibile in appena 2,6 milioni di anni prima di incontrare la sua fine esplosiva, spruzzando nello spazio ben 55 masse solari di ossigeno (più di 18 milioni di masse terrestri). Le simulazioni hanno rivelato che mentre le onde d’urto di ciascuna supernova si irradiavano verso l’esterno, le fluttuazioni di densità turbolente creavano increspature che portavano parte del gas a coalescere in grumi densi. Questi grumi residui, arricchiti da metalli inclusi l’ossigeno espulso dalle supernove, erano probabilmente i siti principali per la formazione dell’acqua nell’universo primordiale. Annidati nelle parti più dense delle nubi, l’acqua sarebbe stata protetta dalla distruzione causata dalle radiazioni intense delle stelle vicine, ha detto Latif. Tuttavia, il suo team ha considerato il caso più semplice di una sola stella che si forma in ciascun grumo, mentre le simulazioni teoriche suggeriscono che i sistemi stellari multipli siano la norma; più della metà di tutte le stelle nel cielo ha uno o più fratelli. Più stelle vicine significherebbero più grumi densi e arricchiti di acqua, ma anche molte più radiazioni, che “potrebbero cambiare alcune cose, ma ci aspettiamo ancora che l’acqua possa sopravvivere,” ha detto Latif. “Queste sono le prime domande a cui abbiamo cercato di rispondere, ma abbiamo bisogno che più persone lavorino su questo argomento ed esplorino questo in maggior dettaglio.” Simulazioni di follow-up del suo team suggeriscono che questi grumi che ospitano acqua siano anche siti favorevoli per la coalescenza di mondi abitabili. Se l’acqua all’interno di questi grumi potrebbe essere sopravvissuta attraverso miliardi di anni di evoluzione cosmica, e se sì, come, non è ancora completamente compreso. Una teoria principale suggerisce che le comete potrebbero aver portato l’acqua sulla Terra, ma qualsiasi trasportatore ghiacciato di questo tipo dall’universo primordiale non è previsto che sia sopravvissuto alle dure condizioni dell’Epoca della Reionizzazione, ha detto Latif, riferendosi a un periodo circa 400.000 anni dopo il Big Bang quando la luce ultravioletta ionizzante delle prime stelle e galassie pervase l’universo e sollevò la nebbia cosmica primordiale. Tuttavia, i ricercatori non escludono ancora la possibilità che almeno una parte dell’acqua sulla Terra possa essere di origine primordiale. Popolazioni di pianeti ricchi di acqua nell’universo primordiale creerebbero deboli emissioni, ha detto Latif, che potrebbero essere potenzialmente rilevate nel prossimo decennio da ALMA o dal futuro Square Kilometer Array in Australia e Sudafrica. Se tali emissioni fossero effettivamente osservate, sarebbe un “cambiamento di gioco,” ha detto, in quanto sposterebbe il paradigma dell’origine della vita a solo un paio di centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. “Apre una nuova linea di ricerca.” Lo studio è stato pubblicato lunedì (3 marzo) sulla rivista Nature Astronomy.